开坯及大棒工程高压水除鳞系统设计

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1、开坯及大棒工程高压水除鳞系统设计陈志强中冶华天工程技术有限公司轧钢事业部摘要：根据某轧钢车间实际的工作条件和要求，介绍了高压水除鳞系统选型，高压泵型式、流量及压力，电动机，除鳞喷嘴的布置以及除鳞冲击力等参数的选择计算过程，为高压水除鳞系统设计提供借鉴。关键词：高压水除鳞高压泵喷嘴冲击力1概述钢坯在轧制前的加热过程中都会产生氧化，从而形成一次氧化铁皮，附着在坯料表面上。一次氧化铁皮的特点是疏松，易于去除。金属在轧制过程中产生二次氧化，形成一层薄薄的二次氧化铁皮，它致密且难以去除。坯料在轧制过程中，在金属轧辊的辗压下，一部份氧化铁皮被破碎成小片状自动

2、脱落，另一部份则在辗压力的作用下，被压入金属表面，形成夹杂和疤痕。铁皮压入钢板表面，会增加清理工作量,并引起坯料咬入困难；麻坑过深、麻点面积过大，造成废次品；生产中带有铁皮轧制时，会加快轧辊的磨损。为了改善成品质量，满足用户需求，人们采用了多种方法来解决以上问题，但实践表明，在线高压水除鳞是解决这一问题的最经济有效的方法。2除鳞原理钢坯从加热炉出炉后，其表面覆盖的氧化铁皮急速冷却，炉内生成的氧化铁皮呈现网状裂纹。高压水在光电感应器及气阀控制下，通过喷嘴喷出，部份雾化成微小水球，这些水球喷射到红钢表面后，氧化层受冷收缩，网状裂纹扩大，水从裂缝渗入其

3、中，受热蒸发形成蒸汽，蒸汽不断地膨胀爆裂，并在高压射流水形成的冲击力、推铲力的作用下，使氧化铁皮破碎成小碎片与金属坯料脱离。然后被喷射到金属表面的水流冲掉，完成整个除鳞过程。3除鳞系统选择目前，国内外轧钢生产线采用的高压水除鳞系统，传统的一般有两种方案：一种是泵—蓄能器除鳞系统，另一种是泵直接供水除鳞系统。其特点见表1：表1除鳞系统方案比较[1]系统安全性能检修维护能耗基建费用除鳞水压力适用场合泵—蓄能器除鳞系统系统为闭式系统，存在超高压事故的可能，有安全隐患系统复杂，易损设备多，维护量大，检修困难采用蓄能器能耗较少设备多，占地面积大，费用大压力

4、变化适合水量大的场合泵直接供水除鳞系统系统为开式系统，不存在超高压事故的可能，无安全隐患系统简单，维护量小，易于检修较大设备少，占地面积小，费用小压力稳定适合水量小的场合根据从工厂收集的经验数据及公式[2]：Q=Qo×A=Qo×S×VoQ——除鳞所需水量Qo——单位时间内单位面积上除鳞所需水量，一般取Qo=1～5g/cm2A——单位时间内需除鳞的钢坯面积S——坯料周长根据某大棒车间具体情况：生产坯料最大为Φ600mm，除鳞段辊道速度Vo=1m/s,将已知数据代入得Q=1.2g/cm2×π×600mm×1m/s=81.4t/h。综合考虑该系统选择泵

5、直接供水除鳞系统。4除鳞系统主要参数的确定影响除鳞效果的主要因素是高压水流在单位面积上的冲击力大小。而冲击力大小又主要取决于高压水的压力及流量；影响单位面积上冲击力的另一重要因素是喷头到坯料的距离H。由实验知，冲击力F与距离H的平方成反比。另外冲击力的大小还与喷嘴的结构及布置有关。4．1高压泵的选定：4．1．1高压泵型式的确定高压水泵常用的有二种[1]：柱塞泵和离心泵。(1)柱塞泵其优点是空运转时电机耗电量小，电流仅为额定电流的10％～15％；其缺点是设备结构庞大，重量大，占地面积大，投资高。(2)离心泵其优点为设备结构小，重量轻，占地面积小，投

6、资少；其缺点是空运转时电动机耗电量大，约为额定电流的70％～80％。根据某大棒车间的实际生产特点：依据圆坯最大长度为6.8m，按除鳞速度1m/s，得每根圆坯高压水除鳞时间为：6.8÷1＝6.8秒，考虑管坯头部超前喷水时间为0.8秒及管坯尾部滞后停水时间为0.7秒，这样，每根管坯除鳞总时间为：6.8+0.8+0.7=8.3秒，而每支料轧制时间约为100秒，泵的空运转时间较长。故选用柱塞泵。4．1．2高压泵流量及压力的确定对普碳钢在炉内生成的氧化铁皮来说，均匀的打击力希望为2×105Pa～2.5×105Pa，高压水一般为16～28MPa[2]。由于轧

7、制钢种多为合金含量较高钢种，除鳞工作压力取为25MPa。高压泵流量由前面计算得知为81.4t/h。选择额定压力比泵工作压力高25％～50％，流量与计算结果Q相近的泵。这样最终确采用4台高压泵，流量：Q=30m³/h，压力27Mpa的高压泵（3用1备）4．2电动机的选择液压泵在额定压力和流量下工作时，其电动机功率可直接从泵样本中查出，一般也可按下列计算公式[2]计算所需电动机功率N=(PsQp)max／η式中N——电动机功率，KW(PsQp)max——泵压力和流量乘积最大η——泵总效率，一般取0.8～0.85由此确定的电机功率为N=27MPa×30

8、m³/h／0.8=225kW。故选用高压泵的功率为250kW4．3除鳞喷嘴的选择及布置喷嘴的结构型式和几何尺寸对喷射水流的参数的确定及除